transformadores para instrumentos
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TTRRAANNSSFFOORRMMAADDOORREESS PPAARRAA
IINNSSTTRRUUMMEENNTTOOSS MÓDULO I
Prof. Flávio Franco
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO ..............................................................................................................................4
TRANSFORMADORES DE CORRENTE:....................................................................................9
2.3. Paralelogramos de exatidão: ...................................................................................................................................................12
Es pecificação: ......................................................................................................................................................................................15
Fator Térmico - Limite Térmico: ..................................................................................................................................................17
Representação de Transformadores de corrente: .....................................................................................................................18
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL: ................................................................................ 19
3.4. Tipos de Transformadores de Potencial: .............................................................................................................................22
Es pecificação: ......................................................................................................................................................................................22
3.5. Nível de isolamento:...................................................................................................................................................................23
3.7. Representação de Transformadores de Potencial: ............................................................................................................25
CIRCUITOS DE MEDIÇÃO .......................................................................................................... 27
Ligação dos Transformadores Auxiliares de Medição: ................................................................................................27
LIGAÇÃO TP – SISTEMA TRIÂNGULO ................................................................................... 28
LIGAÇÃO TP – SISTEMA ESTRELA ........................................................................................ 28
LIGAÇÃO TC – SISTEMA ESTRELA:....................................................................................... 29
CHAVE DE BLOQUEIO (AFERIÇÃO) ....................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
Finalidade:......................................................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Constituição:.................................................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
LIGAÇÃO – SISTEMA 4 FIOS: ................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
LIGAÇÃO – SISTEMA 3 FIOS: ................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
FIAÇÃO COMPLETA DAS MEDIÇÕES:................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
MEDIÇÃO DE ENERGIA REATIVA ........................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
Emt = Em 1° el + Em 2° el + Em 3°el .......................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Medição de Dois Elementos ............................................................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.1. ENERGIA ATIVA .................................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. ENERGIA REATIVA .............................................................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3. ENERGIA APARENTE .......................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3. DEMANDA .............................................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
3.1. DEMANDA MÁXIMA .................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2. DEMANDA MÉDIA ........................................................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.3. DEMANDA REGISTRADA .......................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.4. DEMANDA CONTRATADA........................................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.5. DEMANDA FATURADA ( S ISTEMA CONVENCIONAL ) .............................. Error! Bookmark not defined.
4. FATOR DE CARGA............................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
4.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. Error! Bookmark not defined.
4.2. DEFINIÇÃO DE FATOR DE CARGA ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.3. CÁLCULO DE FATOR DE CARGA ......................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.4. INFLUÊNCIA DO FATOR DE CARGA NA CONTA DE ENERGIA ELÉTRICA ... Error! Bookmark not
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4.5. MEDIDAS PARA MELHORAR O FATOR DE CARGA.................................... Error! Bookmark not defined.
4.6. CÁLCULO DO NOVO FATOR DE CARGA .......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2 CONEXÃO ESTRELA ............................................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
1.3 CONEXÃO TRIÂNGULO ....................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
1. Introdução
A grande expansão dos sistemas elétricos exige o uso de correntes e
tensões cada vez maiores. Hoje em dia é comum a operação das redes
elétricas em níveis de corrente da ordem de centenas ou milhares de
ampéres,e de muitos milhares de volts.
Não existindo aparelhos de medição, de uso prático, que possam medir
diretamente estas tensões e correntes, faz-se mister um dispositivo que possa
reduzir, tantas vezes quanto necessário, os altos valores a serem medidos, até
se adequarem aos aparelhos de medição normalmente usados.
Ao mesmo tempo, este dispositivo deverá isolar os aparelhos de medição
(os quais operam em níveis de isolamento baixos) das altas tensões existentes
nos sistemas a serem medidos.
O dispositivo em questão é o transformador para instrumentos (TI).
Figura 1 – Transformador de Potencial (TP)
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O número de vezes que a grandeza é reduzida se denomina relação de
transformação nominal.
- Para um T.C. é dado por )(.
2
1 RTNIKcI
- Para um T.P. é dado por )(2
1 RTNV
VKp
Onde:
Kc= Relação de transformação do “T.C.”
Kp= Relação de transformação do “T.P.” R.T.N.= Relação de transformação nominal.
O poder do isolamento de resistir (sem se alterar) às altas tensões e, portanto, isolar os aparelhos de medição define o nível de isolamento.
Os ensaios a que são submetidos os transformadores para instrumentos
visam, antes de tudo, verificar essas duas características, podendo ser
classificadas em duas categorias principais:
o ensaios de isolamento (dielétricos); o ensaios de exatidão.
A ocorrência inevitável de perdas no ferro, quedas de tensão nos enrolamentos, e corrente de extinção necessária para a magnetização do
núcleo, torna impossível a obtenção de uma exatidão de 100%, em quaisquer condições. Não só a relação de transformação efetiva se afasta da nominal, como também surge um defasamento angular entre os valores primário e
secundário da grandeza medida. O erro introduzido pelo transformador ao efetuar a transformação é, portanto, composto de dois elementos.
1. Um erro de relação de transformação (ERT) 2. um erro de ângulo de fase (EAF).
Erro Angular de Fase
Qualquer que seja a grandeza medida, ela será afetada pelo primeiro tipo
de erro. O segundo tipo, porém, só afetará a medição de grandezas ligadas ao
FP do circuito, tais como: energia (Kwh), potência ativa (Kw) e reativa (KVAr),etc. Neste caso, os dois erros agem independentemente sobre o
aparelho medidor e seus efeitos podem somar-se, subtrair-se ou se anular.
A existência de dois tipos de erro dá origem a dois fatores de correção:
1. o fator de correção da relação (FCR), originado pelo primeiro
2. o fator de correção do ângulo de fase (FCAF), originado pelo segundo.
A exatidão do transformador depende diretamente da carga a ele ligada, isto é, do tipo e quantidade dos aparelhos de medição aplicados no secundário. Por esta razão, quando se especificada uma classe de exatidão, é
indispensável especificar também a carga correspondente. Essa carga, sendo uma impedância, costuma ser expressa em volt
ampéres sob um determinado fator de potência. Desde que a carga aplicada ao secundário não ultrapasse o valor nominal, o transformador mantém sua classe de exatidão. Uma vez excedido esse valor, porém, o erro aumenta
rapidamente.
Quanto maior a exatidão desejada em um transformador, maior o seu custo. Do mesmo modo, quanto maior a carga especificada, maior o preço de custo. Na verdade, o custo aumenta mais rapidamente do que a exatidão e a
carga. Por esta razão não se deve especificar transformadores com valores de carga e exatidão superiores aos estritamente necessários.
Em todo aparelho elétrico e, portanto, também nos transformadores para
instrumentos, o que determina a vida útil do aparelho é o tipo e as condições
do isolamento. A vida do isolamento depende diretamente de sua temperatura e esta por sua vez é função da corrente que circula no aparelho.
Para esclarecimento dos utilizados, os fabricantes de transformadores de
corrente costumam atribuir aos tipos que fabricam um “fator térmico”.
Esse fator, que se situa entre 1 e 2, representa o valor pelo qual se deve
multiplicar a corrente nominal para se obter a corrente máxima admissível que o transformador de corrente é capaz de conduzir em regime permanente, sob freqüência nominal, sem exceder os limites de elevação de temperatura
especificados.
Nos transformadores de potência, sendo constante a tensão entre os terminais secundários, um aumento de corrente pode ser expresso sob a forma de aumento de potência (voltampéres).
Especifica-se, então, uma “potência térmica“, que representa a maior
potência que pode ser fornecida pelo transformador, sem prejuízo de sua vida útil.
A potência térmica, em geral, é bem maior do que a potência para a qual se garante a precisão especificada; a diferença entre as duas aumenta para
níveis de isolamento mais altos.
TRANSFORMADORES DE CORRENTE:
Praticamente, apenas duas grandezas são medidas diretamente através
de transformadores para instrumentos: a corrente da linha e a tensão entre fases ou de fase para terra. Todas as outras grandezas – potência ativa, reativa e aparente, energia, ângulo de fase, freqüência, etc., são derivadas da
tensão e da corrente medida. Em conseqüência, dividem-se os transformadores para instrumentos em dois tipos: os transformadores de
corrente e os de potencial. Os transformadores de corrente são sempre monofásicos e dispõem, em
geral, de dois terminais primários. O circuito cuja corrente se deseja medir é
secionada e o transformador é inserido na linha, ligando-se cada um dos seus terminais primários a uma das extr4emidades do trecho secionado. Verifica-se ,
portanto, que o circuito primário do transformador é ligado em série como circuito a ser medido.
Entre o circuito e a terra existe uma diferença de potencial que, em muitos casos, pode atingir a centenas de milhares de volts. Estando o circuito primário do transformador de corrente diretamente ligado à linha, será também
submetido a esta mesma tensão. É indispensável, portanto, que esse circuito seja isolado do núcleo e do
enrolamento secundário e que esse isolamento seja previsto para o mesmo nível de isolamento que a linha em que o transformador será ligado.
O custo do transformador cresce a medida que aumenta seu nível de
isolamento, razão pela qual normalmente não se de vê especificar um transformador de nível de isolamento superior àquele do circuito em que será
ligado. Em volta do núcleo são aplicadas as espiras secundárias. Caso o
transformador disponha de mais de um núcleo, cada enrolamento de baixa
tensão é aplicado sobre o próprio núcleo, sendo que o circuito primário é comum a todos os núcleos. Os núcleos geralmente são aterrados, e como os
circuitos secundários operam com uma pequena diferença de potencial em relação à terra (não mais de 600V) o isolamento entre eles e os respectivos núcleos é projetado para o menor nível de isolamento, a classe 0,6kV. Para se
assegurar que os circuitos e aparelhos de medição manterão o seu potencial
em relação à terra, próximo deste valor, costumam eles ser solidamente aterrados em um só ponto.
Sendo a corrente a ser medida geralmente superior a 5 ampéres, normalmente os transformadores de corrente têm seu circuito primário formado por poucas espiras de fio grosso. O secundário, por outro lado, disporá de
muitas espiras de fio fino. Não existe, praticamente, tensão entre espiras no transformador de
corrente. A tensão secundária é determinada pela carga aplicada no secundário, uma vez que a corrente secundária só depende da corrente primária. Assim, se tivermos um TC de relação 200-5A com uma corrente de
160A circulando no primário e uma carga de 0,5ohms aplicada aos bornes secundários, a corrente secundária será: 160/40=4A e a tensão entre bornes
de BT será: 4x0,5=2volts. O erro introduzido pelos transformadores de corrente na transformação é
devido à corrente de excitação necessária para magnetizar o núcleo. Essa
corrente aumenta à medida que cresce a densidade de fluxo do núcleo, aumentando também o erro. Por essa razão, é indispensável manter a
densidade de fluxo e, portanto, a tensão entre os bornes secundários próximo aos valores projetados, a fim de evitar que o erro ultrapasse os valores garantidos.
Sendo a tensão secundária resultado do produto I2.Z a corrente secundária pela impedância dos aparelhos ligados aos bornes secundários,
verifica-se que o aumento indevido de qualquer um destes fatores introduzirá um erro excessivo na transformação. Tanto uma corrente muito superior à nominal, motivada por sobrecarga ou curto-circuito na linha primária, quanto
um aumento na carga secundária, devido ao uso de muitos aparelhos, ou aparelhos de grande impedância, ocasionarão erros superiores aos previstos
na transformação. Devido a relação existente entre a carga secundária e o erro, a
Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, padronizou uma série de
cargas, cada uma com um valor definido de resistência e indutância, em constantes da tabela I. Sendo fixa a indutância da carga, sua reatância
dependerá da freqüência de voltampéres e de cos em 60Hz.
Tabela 1 - Cargas nominais padronizadas para ensaios de TC´s
Cargas nominais Características
Designação ABNT
Designação ANSI
Potência
aparente VA
Fator de potência
Resistência
Indutância
Impedância
(1) (1º) (2) (3) (4) (5) (6)
C2,5 B-0,1 2,5 0,90 0,09 0,116 0,1
C5,0 B-0,2 5,0 0,90 0,10 0,2323 0,2
C12,5 B-0,5 12,5 0,90 ,045 0,580 0,5
C25 B-1 25 0,50 0,50 2,3 1,0
C50 B-2 50 0,50 1,0 4,6 2,0
C100 B-4 100 0,50 2,0 9,2 4,0
C200 B-8 200 0,50 4,0 18,4 8,0
(Corrente secundária nominal de 5 A)
Também as classes de exatidão foram normalizadas pela ABNT, tendo
sido padronizadas as classes 0,3 – 0,6 e 1,2. Esses números definem o maior
erro de transformação em % que o transformador poderá introduzir durante normal. Assim, a designação 0,3 C 25 indica que, para cargas iguais ou
inferiores à C 25, o erro de transformação do transformador não excederá ± 0,3%. As tabelas trans-formação ( em % da relação nominal ) e do ângulo de fase, possibilitando a correspondência de designações.
É também normalizada a classe de exatidão 3, sem limitação de ângulo de fase. Por não ter limitação do ângulo de fase, esta classe de exatidão não
deve ser usada em serviço de medição de potência ou de energia. Ao contrário dos transformadores comuns, o transformador de corrente, por ser ligado em série com a linha, não sofre efeitos prejudiciais ao serem curto-circuitados seus
terminais secundários. A corrente secundária, dependendo apenas da corrente primária e da relação de transformação, não será influenciada por essa ligação,
que equivale à aplicação de uma carga de valor nulo no secundário. Por outro lado, a abertura do circuito secundário (que equivale a uma carga de valor infinito) acarreta graves conseqüências. Não havendo ampéres – espiras
secundárias para compensar os ampéres – espiras primárias, toda a corrente primária age como corrente de magnetização do núcleo. Nessas condições a
densidade de fluxo no núcleo pode atingir valores que excedem o nível de saturação.Surge, então entre os terminais secundários uma tensão de valor elevado,que pode danificar o transformador e pôr em perigo o operador.
Por essa razão os transformadores de corrente nunca devem ser ligados
com o secundário aberto.
Embora se saiba que a operação com corrente muito superior à nominal faça crescer desmesuradamente o erro, muitas vezes necessário que o transformador opere nessas condições e que seu erro não ultrapasse um valor
especifico. É o caso dos transformadores ligados a sistemas de proteção, que devem agir sobre os relés aplicados em seus secundários enquanto circula na
linha uma alta corrente ocasionada por um curto–circuito no sistema primário.
Apesar de os relés exigirem apenas uma exatidão grosseira (em geral
10% algumas vezes 2,5%) as correntes primárias podem chegar a 10, 20 e, em alguns casos50 vezes o valor nominal do transformador. Tais condições de
operação exigem transformadores especiais, projetados especialmente para esse tipo de funcionamento,não só para assegurar a exatidão desejada no momento do curto – circuito como também para a evitar a queima dos
enrolamentos e do isolamento devido à alta corrente.
Também as classes de exatidão normalizadas são definidos pelos
paralelogramos representados nas figuras 1, 2 e 3 a seguir. Para cada valor da relação, o paralelogramo determina os valores máximo e mínimo do
defasamento angular.
2.3. Paralelogramos de exatidão:
Limites das classes de exatidão 0,3 – 0,6 – 1,2 em transformadores de corrente para serviço de medição.
a) Limites da classe de exatidão 0,3 (com 100% e 10% da corrente nominal)
Ângulo de fase em minutos
TRANSFORMADORES DE CORRENTE Limites de classe em exatidão 0,3
(com 100% e 10% de corrente nominal)
Limites das classes de exatidão 0,3 – 0,6 – 1,2 em transformadores de corrente para serviços de medição.
b) Limite da classe de exatidão 0,6 (com 100% e 10% da corrente nominal)
Limites das classes de exatidão 0,3 – 0,6 – 1,2 em transformadores de
corrente para serviço de medição.
c) Limites da classe de exatidão 1,2 (com 100% e 10% da corrente nominal).
Especificação:
Para a aquisição de um transformador de corrente é indispensável fornecer, no mínimo as seguintes informações:
o Nível de isolamento;
o Corrente primárias e secundária; o Tipo de serviço (medição ou relés); o Classes de exatidão com cargas normalizadas;
o Tipo de isolamento (seco, em óleo ou massa isolante);
o Uso (abrigado ou ao tempo).
Caso circunstâncias especiais de aplicação justifiquem, outras
características deverão ser especificadas, tais como: nível de isolamento para
impulso, fator térmico (sobrecarga permanente), limite térmico (sobrecarga admissível em um segundo), religação primária, secundário múltiplo,
freqüência, etc.
Tabela 2 – Correntes primária nominais e relações nominais para TC´s.
Corrente
primária nominal (A)
Relação nominal
Corrente
primária nominal (A)
Relação nominal
Corrente
primária nominal (A)
Relação nominal
5 1:1 100 20:1 1.000 200:1
10 2:1 125 25:1 1.200 240:1
15 3:1 150 30:1 1.500 300:1
20 4:1 200 40:1 2.000 400:1
25 5:1 250 50:1 2.500 500:1
30 6:1 300 60:1 3.000 600:1
40 8:1 400 80:1 4.000 800:1
50 10:1 500 100:1 5.000 1.000:1
60 12:1 600 120:1 6.000 1.200:1
75 15:1 800 160:1 8.000 1.600:1
Tabela 3 - Ordem da grandeza das perdas da bobina de corrente de alguns instrumentos elétricos
empregados com TC´s, 5A ,60Hz.
Instrumento VA Watt Var
Medidor de kWh 07, a 2,0 0,5 a 1,6 0,4 a 1,5
Medidor de Kvarh 0,7 a 2,0 0,5 a 1,6 0,4 a 1,5
Wattímetro 1,0 a 2,5 0,5 a 0,7 0,9 a 2,4
Varímetro 1,0 a 2,5 0,5 a 0,7 0,9 a 2,4
Amperímetro 1,2 a 3,0 1,0 a 1,5 0,9 a 2,5
Fasímetro 2,5 a 3,6 2,2 a 2,6 1,0 a 2,5
Relés 8,0 a 15 2,0 a 4,0 8,0 a 14,9
(Outros valores, consultar NBR de Transformadores Para Instrumentos)
Fator Térmico - Limite Térmico:
Denomina-se “fator térmico” o múltiplo da corrente nominal que pode ser
aplicado ao transformador por tempo indeterminado sem danificá-lo. “Limite térmico” é esse mesmo múltiplo aplicável durante apenas 1 segundo.
O limite térmico é calculado de modo a restringir a temperatura nos
enrolamentos a 250°c admitindo-se a temperatura inicial dos mesmos seja 95°c o fator térmico é determinado pela corrente que, circulando por tempo
indeterminado, eleva a temperatura dos enrolamentos a 55°c acima do ambiente.
Representação de Transformadores de corrente:
Devem ser indicadas:
As correntes primárias nominais em ampéres e as correntes secundárias nominais em ampéres, ou as correntes primárias nominais em ampéres e as
relações nominais.
As correntes primárias e as relações nominais devem ser escritas em
ordem crescente, do seguinte modo: O hífen (–) deve ser usado para separar correntes nominais de enrolamentos
diferentes. Por exemplo:
100 – 5 A
100 – 100 – 5 A ( caso de um transformador com vários enrolamento primários empregados individualmente).
O sinal de dois pontos ( : ) deve ser usado para exprimir relações nominais. Por exemplo:
120 : 1
O sinal ( x ) deve ser usado para separar correntes primárias ou relações
obtidas de um enrolamento cujas bobinas devem ser ligadas em série ou em
paralelo. Por exemplo:
100 X 200 - 5 A 20 x 40 : 1
A barra ( / ) deve ser usada para separar correntes primárias ou relações
obtidas por meio de derivações, sejam estas no enrolamento primário ou
secundário. Por exemplo: 150 / 200 – 5 A
30 / 40 : 1
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL:
Em primeira aproximação, transformador de potencial poderá ser definido,
simplificadamente, como um transformador de força ou distribuição ao qual se atribui uma nominal muito inferior ao valor real.
Com efeito, aplicando-se uma carga aos terminais secundários de um transformador de distribuição, a corrente solicitada pela carga provocará uma
queda de tensão no transformador. Essa queda de tensão, motivada pela circulação da corrente através da resistência e reatância internas do transformador, faz com que a tensão entre os bornes de BT se afaste do valor
teórico (tensão primária dividida pela relação nominal). A queda de tensão é diretamente proporcional à corrente e pode ser reduzida a valores muito
pequenos se a corrente (e portanto a carga ) for proporcionalmente reduzida. Quando a queda de tensão, isto é, o erro ocorrido na transformação, atinge um valor aceitável para o fim em vista, o aparelho estará funcionando como um
transformador de potencial.
É de se notar, por conseguinte, que fundamentalmente um transformador de potencial trabalha de maneira análoga à de um transformador convencional de força ou distribuição, ou seja, é ligado em “paralelo” com a linha, possui
tensão entre os bornes aproximadamente constante e independente da carga, e a corrente em seus enrolamentos varia diretamente com a carga aplicada ao
secundário. Diferentemente do transformador de corrente, o transformador de potencial precisa Ter não só os seus enrolamentos isolados entre si e do núcleo, mas também as próprias bobinas, camadas e espiras de cada
enrolamento precisam ser devidamente isolados umas das outras, devido à grande diferença de potencial existente entre os bornes do circuitos primário.
Diferem os transformadores de potencial e de distribuição na potência
nominal, que no primeiro é ditada por considerações de exatidão, ao passo que
no segundo é definida pelo limite de temperatura atingido pelo ponto mais quente. Daí decorre que, do ponto de vista térmico, o transformador de
potencial pode suprir uma carga muito maior do que aquela para qual é projetada, sem sofrer danos, embora nessas condições seu erro ultrapasse os valores garantidos. Também as perdas no ferro e no cobre, a impedância e a
corrente de magnetização adquirem importância secundária no transformador de potencial, do qual se exige, antes de tudo, uma transformação fiel e exata
da tensão. Diretamente do transformador de corrente, que tem na sua corrente de
excitação a principal causa do erro que introduz na medição, o transformador de potencial tem sua exatidão dependendo essencialmente de uma pequena
queda de tensão interna . Por esta razão seu erro cresce à medida que aumenta a carga aplicada a seus bornes secundários. Com a finalidade de comparar o desempenho dos transformadores, a Associação Brasileira de
Normas Técnicas padronizou uma série de cargas, cada uma com um valor definido de resistência e indutância, constantes da tabela III. Sendo fixa a
indutância da carga, sua reatância dependerá da freqüência, razão pela qual cada carga tem valor de voltampéres e de fator de potência 60 Hz.
Tabela 4 - Cargas Normalizadas para Transformadores de Potencial – Norma Brasileira
Cargas nominais Características
60Hz – 120V
Características
a 60Hz e 69,3V
Designação
Potência Aparente
VA
Fator de Potência
Resistência Efetiva
Indutância mH
Impedância
Resistência Efetiva
Indutância mH
Impedância
1 2 3 4 5 6 7 8 9
P 12,5 12,5 0,10 115,2 3042 1152 38,4 1014 384
P 25 25 0,70 403,2 1092 576 134,4 361 192
P 75 75 0,85 163,2 268 192 54,4 89,4 64
P 200 200 0,85 61,2 101 72 20,4 33,6 21
P 400 400 0,85 30,6 50,4 36 10,2 16,8 12
NOTA: As características a 60 Hz e 120v são válidas para tensões secundárias
entre 100 e 130v, e as características 60 Hz e 69,3v são válidas para
tensões secundárias entre 58 e 75v. Em tais condições, as potências aparentes serão diferentes das especificadas.
Analogamente aos transformadores de corrente, foram padronizadas para
os transformadores de potencial as classes de exatidão 0,3 – 0,6 e 1,2,
significando a designação 0,3P50, por exemplo, que o erro do transformador não ultrapasse ± 0,3% com carga igual ou inferior à P50. Para cada classe de
exatidão, os limites do erro de relação e do ângulo de fase constam da tabela III.
É também normalizada a classe de exatidão 3, sem limitação do ângulo de fase. Por não ter limitação de ângulo de fase, esta classe de exatidão não
deve ser usada em serviço de medição de potência ou de energia. Os transformadores de potencial são aferidos em laboratório de ensaios,
medindo-se o erro de relação e ângulo de fase. O erro de relação e o ângulo de fase com qualquer outra carga poderão ser determinados mediante a
construção do gráfico exemplificado na figura 4. As tabelas III e IV indicam para cada classe de exatidão os valores limites
da relação de transformação (em % relação nominal) e do ângulo de fase, possibilitando a correspondência de designações.
3.2. Tabela IV (Norma ANSI)
CARGAS NORMALIZADAS PARA TRANSFORMADORES DE POTENCIAL (NORMA ANSI)
Designação de carga Voltampéres secundários Fator de Potência de
carga
W X
Y Z
ZZ
12,5 25
75 200
400
0.10 0.70
0.85 0.85
0.85
3.3. Figura 4
3.4. Tipos de Transformadores de Potencial:
Também os transformadores de potencial são frequentemente fabricados
com dois ou mais enrolamentos de baixa tensão. A construção difere da dos transformadores de corrente de secundário múltiplo, pois nos transformadores de potencial só há um núcleo, em torno do qual se enrolam o circuito primário e
os secundários. Analogamente aos transformadores de força com terciário, a operação de um dos enrolamentos de BT exerce influencia sobre os outros, e a
soma das cargas aplicada sem todos os secundários não deve exercer à potência nominal do primário.
Nos transformadores de potencial dotados de enrolamentos terciários, esse enrolamento tem as mesmas características de exatidão e potência
térmica que o enrolamento secundário. A fim de manter a exatidão garantida, a soma das cargas aplicadas ao secundário e ao terciário não deve exceder o valor da carga normalizada para a qual se garante a precisão. Do mesmo
modo, para se manter a elevação de temperatura dentro dos valores normalizados, a soma das potências solicitadas do secundário e do terciário
não deverá ultrapassar a potência térmica nominal do transformador.
Os transformadores podem ser fornecidos com enrolamento terciário de
relação igual ou diferente da do secundário. Caracterizam-se os transformadores de potencial fabricados para ligação
entre fase e neutro pelo fato de só disporem de uma bucha de AT no primário, sendo a outra extremidade, em geral, ligada a um isolador e nível de isolamento 15 kv, o qual frequentemente é aterrado.
A bucha do terminal neutro é da mesma classe de isolamento que a do terminal fase até o nível 15 kv. Para classes de isolamento superiores, a bucha do
terminal neutro é do nível 15 kv. Os transformadores de potencial devem manter a exatidão garantida
mesmo com valores da tensão primária diferentes da nominal, desde que a
variação não exceda cerca de 10%. Sobretensões da ordem de 15% não prejudicam os transformadores ligados entre fases, ao passo que os
transformadores para ligação fase-neutro suportam sobretensões de cerca de 73%, sem sofrer danos. Nestas condições, naturalmente, os erros ultrapassam os valores garantidos.
Os transformadores de potencial são todos do tipo monofásico. Não se fabricam transformadores trifásicos, nem transformadores de potencial com
fusíveis.
Especificação:
Para a aquisição de um transformador de potencial deve incluir, no mínimo, os seguintes dados:
1) Nível de isolamento; 2) Tensão primária e relação ou relações de transformação;
3) Classes de exatidão com cargas normalizadas; 4) Freqüência;
5) Tipo de isolamento (seco, óleo ou massa) ;
6) uso (abrigado ou ao tempo).
Outras características, tais como nível de isolamento para impulso, potência térmica, religações ou derivações, impedância, ligação entre fases ou para neutro, etc., deverão ser mencionadas.
3.5. Nível de isolamento:
Determinação
A determinação do nível de isolamento de um TP depende da tensão de linha do circuito ao qual será ligado. A correspondência entre os níveis de isolamento e os valores da tensão de linha está especificada nas colunas 1 e 2
da Tabela do item 3.1.3. – EB – 251.
Espaçamentos mínimos:
Os espaçamentos mínimos no ar, entre as partes vivas de fase para a terra, e entre partes vivas de fase para fase, correspondentes aos diversos
níveis de isolamento, são os especificados nas colunas 3 e 4 da tabela V.
Tabela 5 - Níveis de isolamento – Espaçamentos mínimos no ar – Tensões de linha.
Nível de isolamento Tensão de Linha
(valor eficas em V)
Espaçamentos mínimos no ar
De fase para terra (mm)
De fase para fase (mm)
1 2 3 4
0,6 Até 600 - -
1,2 Até 1.320 25 25
5 1.321 a 5.500 65 65
8,7 5.501 a 9.570 90 100
15-B
15 9.571 a 16.500
130
150
140
170
25 16.501 a 26.250 200 230
34,5 26.251 a 36.225 300 330
46 36.226 a 48.300 380 430
69 48.301 a 72.450 600 650
92 72.451 a 96.600 750 850
138-B
138 96.6601 a 144.900
950
1.100
1.050
1.250
161-B
161 966.601 a 169.050
1.100
1.300
1.250
1.450
230-B2 230-B1 230
169.051 a 241.500 1.500 1.600 1.950
1.650 1.800 2.150
345-B2
345-B1 345
241.501 a 362.250 Ainda não normalizados
440-B2
440-B1 440
262.251 a 462.000 Ainda não normalizados
3.7. Representação de Transformadores de Potencial:
As tensões primárias nominais e as relações nominais devem ser
representadas em ordem crescente, do seguinte modo: a) O sinal de dois pontos ( : ) deva ser usado para representar relações
nominais. Por exemplo:
120 : 1
b) O hífen ( ─ ) deve ser usado para separar relações nominais de
enrolamentos secundários. Por exemplo:
700 ─ 1200 : 1
c) O sinal ( x ) deve ser usado para separar tensões primárias nominais e
relações nominais de enrolamentos destinados a serem ligados em série ou em paralelo. Por exemplo:
6900 x 13800 v 60 x 120: 1
d) A barra (/) deve ser usada para separar tensões primárias nominais e
relações nominais obtidas por meio de derivações, seja no enrolamento primário ou seja no enrolamento secundário. Por exemplo:
- Um enrolamento primário com derivação, e um enrolamento secundário:
6900 / 8050 v 60 / 120 : 1
- Um enrolamento primário, e um enrolamento secundário com derivação:
700 / 1200 : 1
Tabela 6 - Tensões primárias nominais e relações nominais para TP´s
Grupo 1
Para ligação de fase para fase
Grupos 2 e 3
Para ligação de fase para neutro
Tensão primária
nominal ( V )
Relação nominal
Tensão primária
nominal ( V )
Relações nominais
Tensão secundária de
115/3V
Tensão secundária aproximada
115V
( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 )
115,0 1:1 - - -
230,0 2:1 230/3 2:1 1,2:1
402,5 3,5:1 402,5/3 3,5 2:1
460,0 4:1 460/3 4 2,4:1
575,0 5:1 575/3 5 3:1
2300,0 20:1 2.300/3 20 12:1
3450,0 30:1 3.450/3 30 17,5:1
4025,0 35:1 4.025/3 35 20:1
4600,0 40:1 4.800/3 40 24:1
6900,0 60:1 6.900/3 60 35:1
8060,0 70:1 8.050/3 70 40:1
11500,0 100:1 11.500/3 100 60:1
13800,0 120:1 13.800/3 120 70:1
23000,0 200:1 23.000/3 200 120:1
34500,0 300:1 34.500/3 300 175:1
45000,0 400:1 46.000/3 400 240:1
69000,0 600:1 69.000/3 600 350:1
88.000/3 800 480:1
115.000/3 1000 600:1
138.000/3 1200 700:1
161.000/3 1400 800:1
196.000/3 1700 1.000:1
230.000/3 2000 1.200:1
NOTAS: 1.ª) As relações nomiansi de TP´s, com tensões primárias nominais superiores a 230kV, estão sujeitas a acordo entre fabricante e
comprador. 2.ª - a) Grupo 1: TP´s projetadas para ligação entre fases
- b) Grupo2: Tp´s projetadas para ligação entre fase e neutro de sistemas diretamente ou eficazmente aterrados.
- c) Grupo 3 :
TP´s projetadas para ligação entre fase e neutro de sistemas onde não se garante a eficácia do aterramento
Tabela 7 - Tensões máximas de operação dos TP´s (kV)
0,6 25,8 92,4 362
1,2 38,0 145,0 460
7,2 48,3 169,0 550
12,0 72,5 242,0 765
15,0
CIRCUITOS DE MEDIÇÃO
Ligação dos Transformadores Auxiliares de Medição:
Ligação dos Transformadores de Potencial (TP) – Sistema Triângulo:
Ligação TP – Sistema Triângulo
Ligação TP – Sistema Estrela
Ligação TC – Sistema Triângulo
Ligação TC – Sistema Estrela:
